1)
Nanotecnologie basate sul DNA
2)
Microscopia a forza atomica e tecniche correlate
3)
Biosensori
1) DNA Nanotechnology:
Il DNA e gli altri acidi nucleici sono le molecole che
immagazzinano e codificano l'informazione genetica degli organismi
viventi. Se osservati dal punto di vista di un chimico, le molecole
di acidi nucleici sono un modo estremamente efficiente per
immagazzinare un codice di autoassemblaggio specifico tra un numero
pressoché infinito di molecole diverse. Oltre a poter programmare
l'assemblaggio di queste molecole, il chimico ne conosce anche la
struttura e, sfruttandola, può arrivare a costruire nanooggetti
della geometria controllata. La ricchezza strutturale del DNA
consente anche di costruire nano motori, nano interruttori o di
effettuare calcoli grazie all'assemblaggio del DNA. Nel prossimo
futuro, l'autoassemblaggio sarà sfruttato per organizzare oggetti
funzionali nello spazio, verso la costruzione di nano fabbriche
molecolari che possano ottenere funzionalità avanzate, secondo una
strategia non dissimile da quella che anche le cellule sfruttano
coordinando (funzionalmente e spazialmente) gli enzimi e le altre
molecole che ne controllano la funzionalità.
In questa linea di ricerca, il mio laboratorio mira a
comprendere pianificare e verificare gli eventi di autoassemblaggio
programmato degli acidi nucleici. Strutture rigide basate sula
creazione di giunzioni ramificate di DNA permettono il controllo
della geometria dei nanooggetti assemblati. Gli oligonucleotidi
costituenti saranno decorati con molecole organiche o proteine per
conferire funzionalità desiderate ed innovative ai nanooggetti
sintetizzati secondo questa strategia bottom-up.
2) Atomic Force Microscopy:
Nel nostro laboratorio sono da tempo in sviluppo le tecnologie
basate sulla tecnologia della microscopia a forza atomica. Questa è
umpiegata per lo studio della struttura e del comportamento delle
molecole biologiche, per la caratterizzazione dei materiali, per lo
studio delle interazioni tra materiali e biomolecole. Questa linea
di ricerca comprende sia lo sviluppo della strumentazione, che dei
protocolli operativi e dell'elaborazione dei dati.
La ricerca si svolge verso la caratterizzazione degli acidi
nucleici (strutture naturali e di sintesi) e di proteine, anche
mediante la tecnologia della 'single molecule force spectroscopy'
che consente di studiare il comportamento di singole molecole
sottoposte a stimoli meccanici.
Negli ultimi tempi, questa linea di ricerca ha visto lo sviluppo
anche nel nostro laboratorio della tecnologia force-clamp, tecnica
di punta impiegata in pochi laboratori al mondo per la
caratterizzazione della cinetica di unfolding e folding delle
proteine sulla scala delle singole molecole.
3) Biosensori.
Questa linea di ricerca include lo sviluppo di strategie e
protocolli per l'amplificazione e la lettura di segnali di
riconoscimento molecolare tra acidi nucleici per individuazione di
sequenze di DNA o di marker proteici a scopo diagnostico e
analitico. Ove necessario, tecniche nanotecnologiche saranno
impiegate per migliorare la qualità dell'analisi grazie alla
creazione o distruzione di nanostrutture in seguito all'evento di
riconoscimento molecolare di interesse.
In collaborazione con il Dipartimento di Elettronica Informatica
e Sistemi dell'Università di Bologna, stiamo sviluppando interfacce
sensibili, sistemi elettronici di misura e strategie
biochimiche/nanotecnologiche di amplificazione del segnale chimico
di riconoscimento sonda-analita per lo sviluppo di biosensori per
applicazioni avanzate.
